بروتون
28-02-2008, 16:51
نقول بسم الله الرحمن الرحيم في أول رحلة مأهولة إلى القمر ، في عام 1969 أخبر رواد المركبة (( أبولو ـ 11 )) APOLLO 11 بظاهرة تلفت النظر بغرابتها فعندما أغمضوا عيونهم استعداد للنوم ، رأوا وميضا ضوئياً دقيقا جدا يحدث أحيانا وسرعان ما حدس العلماء على الأرض أن الومضات سببتها نوى ذرية ثقيلة موجوده في الأشعة الكونية التي كانت تصتدم بالمركبة الفضائية ويبدو أن مقدار الطاقة الذي خلفه كل من هذه النوى في شبكية عين رائد الفضاء أكبر من الحد الأدني اللازم لتنبيه خلايا الشبكية الحساسة للضوء . وسرعان ما اختبرت هذه الفرضية عقب الرحلة وكان قد عدل حديثاً في مختبر لورنس بيركلي التابع لجامعة كاليفورنيا مسرع (( بيقاترون )) BEVARRON ( وهو مسرع بروتوني عالي الطاقة بني في أوائل الخمسينيات ) بحيث أصبح قادرا على تسريع النوى الأثقل من البروتونات المنفردة . وقد تطوع (( إ. م. ماكميلن ) M MCMiLLAN Edwin الذي كان مدير المختبر أنذاك بوضع رأسه في طريق حزمة ضعيفة الشدة من نوى ثقيلة عالية الطاقة . فرأى ومضات من نفس النوع الذي كان رواد الفضاء قد رأوه . وفي ذلك الوقت كان الفيزيائيون يستعدون عل مضض لإيقاف المسرعات القديمة كالبيفاترون . وعوضاً عن ذلك ظهر استعمال جديد فقد أنشئ خط نقل مفرغ من الهواء بحيث يستطيع المسرع الخطي للأيونات الثقيلة (( هايلاك )) الموجود في بيركلي أيضاً قذف حزمته إلى البيفاترون . وهكذا فإن الأيونات الخارجة من هايلاك ، بطاقة قدرهاMeV 8.5 للنكليون ( أي 8.5 مليون إلكترون فولط لكل بروتون أو نترون في النواة ) يمكن أن تسرع أكثر إلى طاقات عالية من مرتبة GeV 2 ـ بليوني إلكتورن فولط ـ للنكليون . وبذلك استطاعت الآلتان المتتحدتان اللتان سميتا معا ( بيفالاك ) للمرة الأولى تسريع النوى الثقيلة في المختبر إلى سرعات عظيمة تبلغ 95 بالمئة من سرعة الضوء ومن ثم إكسابها طاقات قريبة من طاقات الأشعة الكونية تسمى هذه السرعات والطاقات ( نسبوية ) . لأن الأجسام المتحركة بسرعة تساوى جزءا غير صغير من سرعة الضوء تسلك السلوك الذي توقعته نظرية النسبية الخاصة وفي أثناء ذلك كان مسرع (( المعهد المشترك للبحوث النووية )) في (( وبنا )) بالاتحاد السوفياتي ، وهو الجهاز المسمى (( سنكروفازوترون )) SYNCHROPHasotron قد بدأ تسريع نوى الكربون إلى طاقة تساوى ضعف الطاقة التي يستطيع البيفالاك إكسابها إياها . إلا أن الحزمة كانت أقل شدة . يمكن تصنيف التصادمات النسبوية للطاقة ، بين النوى في ثلاث فئات : سطحية ووسيطة ومركزية ومع أن هذا التقسيم اختياري إلى حد ما ، فإنه يمكن عموماً نسب أي تصادم معين إلى هذه الفئة أو تلك : ففي التصادمات السطحية تمس النواة للقذيفة النواة الأخرى (( الهدف )) أو تمر قريبة من الهدف قربا يسمح للنواتين بالتفاعل كهربائياً على الأقل . وتتابع قطعة كبيرة من القذيفة سيرها إلى الأمام . وفي التصادمات الوسيطة تضرب القذيفة الهدف ضربة غير (( جبهية )) head on فيمكن للقذيفة مثلاً أن تقص وتجرف نصف الهدف . وتتفك هنا أجزاء كبيرة من كلتا النواتين أما في التصادم المركزي فيكون التصادم جبهياً تقريباً وعندئذ يتفكك المزيج الناشئ عن النواتين . وتسعى كمية حركة القذيفة لدفع الشظايا إلى الأمام . يعود علينا فحص التصادمات السطحية فحصا دقيقاً بالفائدة ومن الممكن تسجيل نتائج التصادمات باستخدام مجموعة منوعة من الكواشف منها. 1- المستحلبات الفوتوغرافية . وفيها يترك مرور الجسيم المشحون عبر غشاء من بروميد الفضة أثراً من الفضة المعدنية 2- حجرة الفقاعات وفيها يترك مرور جسيم مشحون عبر سائل مضغوط مفرط التسخين أثراً مكونا من فقاعات ( جهر الأمر يسبب الجسيم المشحون غليانا موضعيا) 3- حجرة الجريان وفيها يترك مرور جسيم مشحون عبر غاز تحت تأثير فولطية عالية أثراً مكونا من جريانات أو تفريغات كهربائية . وتؤكد كل هذه الكواشف أن شظايا التصادم السطحي لها منحى يختلف قليلاً عن منحى القذيفة . إن ما لا تستطيع هذه الكواشف وحدها إظهارة هو كمية حركة الشظايا أو سرعتها ولتحقيق هذا الغرض يستعان بوسائل مكملة فيهيأ التصادم ليحدث في حقل مغنطيسي يحني مسارات الشظايا إذا كانت تحمل شحنة كهربائية وكلما أزداد أندفاع الشظية نقص أنحناء مسارها ويمكن قياس هذا الانحناء من التسجيل المرئي لأثر المسار أو بوضع عدد كبير من كواشف الجسيمات حول مكان التصادم . وقد بينت القياسات أن لشظايا التصادم السطحي نفس سرعة القذيفة تقريباً . ويمكن ربط الاختلافات الصغيرة التي تحدث فعلا بحجم ( أبعاد ) الشظية : فالاختلاف الأعظم تبدية الشظايا التي تساوي كتلة الواحدة منها نصف كتلة القذيفة وفضلاً عن ذلك فإن الاختلاف في السرعة هو من مرتبة ذلك التغير الذي يطرأ على سرعة النكليون عندما يتهزهز في النواة . ( يدعي هذا التهزهز حركة فيرمي ويكون ، إلى حد كبير ، بنفس القدر في النوى جميعها ) . وهذا أمر يمكن أن تكون له تطبيقات عملية ففي لوس ألموس وفانكوفر وزيوريخ تستخرج مسرعات الجسيمات حزمة البيونات من تصادم حزمتين شديدتين من البروتونات العالية الطاقة وربما كان إنتاج حزم البيونات اقتصاديا أكثر إذا استعمل مسرع للأيونات الثقلية والأيونات الثقلية المختارة هي نوى السليكون 28 فالذي يحدث في حالة البيونات ونوى السليكون 28 المتوغلة في المادة هو أن نسبة معدل فقدان الطاقة إلى الطاقة الكلية متماثلة في الحالتين . ولهذا السبب لا أهمية إطلاقاً للمكان الذي يولد فيه تصادم البيونات داخل المادة فتستطيع نواة السليكون 28 أثناء عبورها الهدف أن تصطدم بنواة في أي مكان داخل الهدف وتبرز البيونات السالبة المتولدة مجمعة تجميعاً حسنا من حيث السرعة ، مع البيونات الناجمة عن التصادمات الأخرى . وللتصادمات العالية الطاقة بين النوى مظهر يجعلها واعدة في البحوث الكوزمولوجية ( الكونياتية ) بخاصة : فالمعدل العجيب الذي تستطيع به نواة ثقيلة عالية الطاقة أن تخلف الطاقة في النواة الهدف يوحي بأن النواة الهدف ، يمكن أن تسخن إلى درجة حرارة قريبة من درجة حرارة الكون بعد الانفجار الأعظم بمدة قصيرة ولا يمكن بلوغ درجات حرارة كهذه برجم النوى الثقيلة بحزم من الإلكترونات أو البروتونات ، إذا إن خفة هذه القذائف تعني أنها سوف تبدد جزءا صغيراً فقط من طاقتها الحركية الكلية حتى لدى مرورها بأثقل النوى . وعلى النقيض من هذا يمكن لتصادم مركزي بين ذرتي يورانيوم أن يوقف القذيفة التي تتخلص بذلك من كامل طاقتها الحركية . لقد تمكن العلماء في بيفالاك من إجراء بحوث عن المدى الفعلي الذي تتوقف عنده النوى عند الطاقة القصوى لبيفالاك في التصادمات المركزية فأنشؤوا قشرة كروية معقدة من العديد من الكواشف التي تعين كلاً من الطاقة ومعدل فقدانها من الجسيمات الخارجة من الهدف كما وضع جدار إضافي من الكواشف على بعد أمتار قليلة وفي اتجاة (( تيار )) الجسيمات الخارجة وتشتمل (( الكرة والجدار )) معا على أكثر من 1000 كاشف وقد بينت المعطيات أن نوى الكالسيوم أصغر من أن توقف أحداها الأخرى إيقافاً كاملاً ، في حين أن نوى النيوبيوم كبيرة إلى حد كاف . يعتقد أن المادة النووية ليس لها طور صلب ، وأنها تشبة السائل إلى حد كبير ويتوقع المنظرون مع ذلك أن تحدث درجة الحرارة العالية ( أو الضغط العظيم ) انتقالا طورياً تتفكك فيه النكليونات إلى كواركات وغلوونات : وهي الجسيمات التبادلية التي تربط الكواركات معا ، وربما كانت النتيجة شيئا يشابة البلازما : إذا قد تتجول الكواركات المنفردة في أرجاء النواة بدلا من قصر حركتها على ( أكياس ) الثلاثيات الكواركية . إن هذه الأطوار الخاصة بالمادة النووية هي بالطبع تخمينية تماما وعلى الرغم من ذلك يمكن للمرء أن يزعم أنه يمكن الحصول إضافة إلى الطور السائل الطبيعي وطور البلازما المتوقع على طور ( المتكثف البيوني ) عند كثافات نووية عالية بدون درجات حرارة نووية عالية ففي طور كهذا تصطف النكليونات في النواة في طبقات بحيث يكون السبين للنكليونات في طبقة ما في اتجاة معين ويكون سبين نكليونات الطبقة التالية في الاتجاه المعاكس ( إن (( المتكثف البيوني )) بالاستقرار المحسوب لارتباط البيونات في المادة النووية الكثيفة ) وهناك تخمين بأن مركز الندوم النترونية يمكن أن يكون مادة نووية في طور متكثف بيوني ولسوء الخط فإن الجهود لإنتاج طور كهذا على سطح الأرض تعوقها مشكلة إكساب المادة النووية كثافة عالية دون إكسابها درجة حرارة عالية . على أي درجة من السخونة والكثافة يجب أن تكون الادة النووية لتصير بلازما كواركية غلوونية ؟ إن حساب الجواب على أي درجة من اليقين مهمة تشغل الآن حواسيب قوية وما زالت النتائج غير جاهزة بعد إلا أن أفضل التقديرات حتى الآن توحي بأن درجة الحرارة المقابلة لكثافات نووية طبيعية قد يلزم أن تقارب الـ MeY 200 ويتعذر على الأرجح تحقيق ظروف كهذه بمسرعات الأيونات الثقيلة الموجودة حالياً ومع ذلك يجرى إعداد تجارب لأن هناك احتمالا ـ للبحث عما يشير إلى أن البلازما الكواركية الغلوونية قد تكون تشكلت فعلاً . إن عددا من المسرعات ، أحدث مما ذكرنا ه ، يمكن أن تهيئ الأن فرصا أفضل . وقد أنجز بعضها للتو ، وبعضها الأخر يجري إنشاؤه في المختبرات المنتشرة في العالم وبفضل المغانط المفرطة الناقلية والتحكم الميكرو إلكتروني الذي يعول علية يمكن لهذه المسرعات أن تكون أصغر حجما وأرخص ثمنا مما كان يخشاة أنصارها ومع ذلك فإن الحزم النووية العالية الطاقة بإفراط ، واللازمة لا ستكشاف الأطوار النووية وما يترتب علية من أمور كوزمولوجية ( كونياتية ) تبقى من الأشياء المأمولة ولقد قدم كل من مختبر لورنس بيركلي الوطني ، ومختبر بروكهيفن الوطني اقتراحات أولية لمسرعات الأيونات الثقيلة ( والحلقات المرتبطة بها والخاصة بتخزين الأيونات ) في مجال الـ TeV (_ تريليون ـ أي مليون مليون ـ إلكترون فولط) . وفي الوقت الحاضر تعطي المسرعات المتاحة لمحة عن العلم المتعلق بالتصادمات النسبوية بين النوى . وهو علم هجين يعتمد على معرفتنا لميدانين فيزياء الجسيمات تحت الذرية العالية الطاقة من جهة والعلم النووى من جهة أخرى وقد كان كل منهما ـ خلال العقود الأخيرة يسير بمعزل عن الآخر وبينهما اليوم تفاعل ضعيف ومع ذلك يمكن لا تصال مناخين لا أن يولد اضطرابات شديدة فحسب بل خصباً شديدا أيضاً إن التحام علمين فيزياء الجسيمات والعلم النووى لدراسة التصادمات بين النوى له إمكانات محتملة مشابهة . اتمنى ان تستفيدون مما قدمنا لكم